CN111556732A - 用于电动冲击工具的整形外科适配器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电动整形外科冲击器，该电动整形外科冲击器可包括用于对接在该适配器和外科器械之间的适配器。该适配器可具有传输前向冲击能量的第一表面和传输反向冲击能量的第二表面。在不使用外部工具的情况下，该适配器能够连接到该外科器械和该整形外科冲击器。该适配器可经由推动运动连接到该冲击器，并且可经由往复套筒从冲击器断开。传感器能够传达适配器相对于不位于该适配器上或该冲击器上的至少一个参考点的空间取向。通信装置可基于附接到该适配器的该外科器械的类型向该冲击器传输频率信息或冲击能量信息。

Description

用于电动冲击工具的整形外科适配器
相关专利申请
本申请要求2017年12月15日提交的名称为“Orthopedic Adapter for anElectric Impacting Tool”的美国临时专利申请序列号62/599,616的优先权。本专利申请涉及以下针对整形外科冲击装置的现有专利申请：2010年12月29日提交的名称为“Electric Motor Driven Tool for Orthopedic Impacting”的美国专利申请序列号12/980,329，现为美国专利8,695,726；2012年5月8日提交的名称为“Electric Motor DrivenTool for Orthopedic Impacting”的美国专利申请序列号13/466,870，现为美国专利8,393,409；2013年3月8日提交的名称为“Electric Motor Driven Tool for OrthopedicImpacting”的美国专利申请序列号13/790,870，现为美国专利8,602,124；2014年4月10日提交的名称为“Electric Motor Driven Tool for Orthopedic Impacting”的美国专利申请序列号14/250,102，现为美国专利9,901,354；2014年7月16日提交的名称为“ElectricMotor Driven Tool for Orthopedic Impacting”的美国专利申请序列号14/332,767，现为美国专利8,936,105；2014年7月16日提交的名称为“Electric Motor Driven Tool forOrthopedic Impacting”的美国专利申请序列号14/332,790，现为美国专利8,936,106；2015年9月10日提交的名称为“Electric Motor Driven Tool for OrthopedicImpacting”的美国专利申请序列号14/850,588；2015年9月10日提交的名称为“ElectricMotor Driven Tool for Orthopedic Impacting”的美国专利申请序列号14/850,620；2015年9月10日提交的名称为“Electric Motor Driven Tool for OrthopedicImpacting”的美国专利申请序列号14/850,639；2015年9月10日提交的名称为“ElectricMotor Driven Tool for Orthopedic Impacting”的美国专利申请序列号14/850,660；2015年9月10日提交的名称为“Electric Motor Driven Tool for OrthopedicImpacting”的美国专利申请序列号14/850,674；2015年9月10日提交的名称为“ElectricMotor Driven Tool for Orthopedic Impacting”的美国专利申请序列号14/850,695；2016年1月11日提交的名称为“Electric Motor Driven Tool for OrthopedicImpacting”的美国专利申请序列号14/992,781；2016年1月28日提交的名称为“BatteryEnclosure for Sterilizeable Surgical Tools Having Thermal Insulation”的美国专利申请序列号15/009,723；2016年4月14日提交的名称为“Electric Motor Driven Toolfor Orthopedic Impacting”的美国专利申请序列号15/098,662；2017年2月22日提交的名称为“Orthopedic Impacting Device Having a Launched Mass Delivering aControlled,Repeatable&Reversible Impacting Force”的美国专利申请序列号15/439,692；2017年3月1日提交的名称为“Orthopedic Impacting Delivering a Controlled，Repeatable Impact”的美国专利申请序列号15/446,862；2017年7月18日提交的名称为“Battery Enclosure for Sterilizeable Surgical Tools Having ThermalInsulation”的美国专利申请序列号15/544,317；2017年5月19日提交的名称为“Orthopedic Impacting Delivering a Controlled，Repeatable Impact”的美国专利申请序列号15/600,234；2017年5月19日提交的名称为“Orthopedic Impacting DeviceHaving a Launched Mass Delivering a Controlled,Repeatable&ReversibleImpacting Force”的美国专利申请序列号15/600,284；2017年8月15日提交的名称为“Electric Motor Driven Tool for Orthopedic Impacting”的美国专利申请序列号15/677,933；2017年10月20日提交的名称为“Orthopedic Impacting Device Having aLaunched Mass Delivering a Controlled,Repeatable&Reversible Impacting Force”的美国专利申请序列号15/789,493；以及2017年12月28日提交的名称为“Electric MotorDriven Tool for Orthopedic Impacting”的美国专利申请序列号15/857,385。所有上述标识的申请均据此全文以引用方式并入本文中。
背景技术
本公开涉及用于外科应用诸如整形外科手术(包括使用马达驱动工具进行双向外科冲击的手术)中的电动外科冲击工具的适配器，所述外科冲击由被发射的质量驱动，以向外科器械提供受控的、可重复的冲击。
在整形外科领域，假体装置诸如人工关节通常植入或安置在患者的骨腔中。腔体通常在外科手术期间在假体被安置或植入之前形成。例如，医生可移除和/或冲击现有骨骼以形成腔体。假体通常包括***腔体中的杆或其它突出部。
为产生腔体，医生可使用适形于假体的杆形状的钻孔器。本领域已知的解决方案包括提供具有钻孔器的柄部，以用于外科医生在外科手术期间手动锤击以将钻孔器推进到植入区域中。遗憾的是，这种方法粗略且众所周知地不精确，导致对骨骼的不必要的机械应力。结果可以是不可预测的，并且取决于特定医生的技能。从历史上看，这种方法在许多情况下将导致腔体的位置和构型不准确。另外，外科医生需要花费不寻常的物理力和能量来锤击钻孔器并操纵骨骼和假体。最重要的是，这种方法具有这样的风险，即医生将给手术区域造成不必要的进一步创伤并且损害原本健康的组织，骨骼结构等。
用于产生假体腔体的另一种技术是气动地驱动钻孔器，即通过压缩空气驱动。该方法的缺点在于，例如，由于存在束缚空气管线，空气从工具排出到无菌操作区域中以及操作工具的医生的疲劳，其防止了冲击工具的便携性。如美国专利5,057,112中所例示的这种方法不允许精确控制冲击力或频率，而是在致动时非常类似于手提钻。同样，这种缺乏任何精确控制的测量使得腔体的精确钻孔更困难，并且可导致不必要的患者并发症和创伤。这些类型的工具可产生垂直于切割轴线的宽运动范围，从而进一步抑制准确性和精度。在一些情况下，可通过描述连接至工具的适配器的外科器械的总指示器读数(“TIR”)来量化此类准确性和精度或其不足。
第三种技术依赖于计算机控制的机器人臂来产生腔体。虽然这种方法克服了疲劳和准确性问题，但其具有非常高的资本成本并消除了外科医生从手动方法获得的触觉反馈。此外，除非采用铣削方法，否则仍需要冲击装置(气动、电动或手动)。
其它技术使用发明人自己的工作并且可包括锤抛方法，其涉及线性压缩机、真空致动或机械或气体弹簧，所有这些都是电动的。然而，利用锤抛方法，使用现有的可商购获得的适配器将由电动冲击器内的投掷质量(锤子)或撞针产生的冲击能量联接到外科器械导致内部能量与外科器械的非常差的联接，典型的损失为50％或更高。
因此，需要在冲击工具和外科器械之间改善的适配器，以克服现有适配器的各种缺点。
发明内容
鉴于前述缺点，提供了用于电动马达驱动的整形外科冲击工具的适配器，以使外科器械能够耦合到工具，所述工具可被设置用于髋部、膝盖、肩部等中的整形外科冲击。该适配器能够保持钻孔器、凿子或其它端部执行器，并且从冲击器输送电力，以将钻孔器、凿子或其它端部执行器轻轻地抽到腔体中，并进行受控的撞击冲击，从而使假体或植入物更好地配合。该适配器也可用于放置和移除钻孔器、植入物、杯、衬里、头球、指/趾甲、线材、销和其它装置。此外，该适配器可通过基于患者、外科器械或外科手术传达或以其它方式指示冲击设置来实现对电动整形外科冲击器的附加控制。该适配器还能够实现正确座置，并且在双向运动的情况下，将假体或植入物移入或移出植入物腔体，并且有利地增强现有外科医生引导电动整形外科冲击器的技能。
为提供背景，提供了电动整形外科冲击器的简要描述(其它类似和相关的装置也在上面确定的相关申请中描述并且通过引用结合在此)。电动马达驱动的整形外科冲击工具包括电源(诸如电池、燃料电池或压缩气体盒)、马达组件、控制器、壳体、储能***或机构诸如能够存储和释放势能的气体或机械弹簧，以及由储能驱动***供能的可在前向和/或后向方向上操作的撞针，其中撞针能够在前向或后向方向上产生冲击力。
在一个实施方案中，使用适配器在电动冲击器和外科器械之间传达力。在另一个实施方案中，适配器具有两个不同的表面，用于将来自电动冲击器(下文称为工具)的前向或反向冲击传达到外科器械。
在实施方案中，外科器械可与适配器组合。
在实施方案中，适配器将撞针能量的至少50％传达至外科器械。
在示例性实施方案中，无论外科医生或机器人是朝向还是远离患者推动或牵拉适配器和外科器械，适配器均传达回工具。
在另一个示例性实施方案中，外科器械(例如，钻孔器，凿子或其它端部执行器)可旋转到多个位置，同时仍保持轴向对齐，如例如在图2A中所示，其中适配器能够在四个不同位置旋转，每个位置旋转90°。这有利于例如在外科手术期间的各种解剖演示中使用适配器或钻孔器。
在一些实施方案中，适配器被构造成传达适配器相对于患者的空间位置。例如，适配器或冲击器可包括传达工具相对于患者的相对位置和/或对准的传感器和/或照相机。这可通过跟踪与患者相关并且不位于适配器或冲击器上的参考点来实现。在另一个实施方案中，传感器可被构造成与外科导航***协调地传达适配器或冲击器的位置，以通知外科医生或机器人与最佳位置、计划的最终位置或任何其它所需的位置相比的位置。
在示例性实施方案中，工具的适配器包括两个冲击点中的至少一个，前向打击表面或第一表面以及后向打击表面或第二表面。
在示例性实施方案中，砧座和适配器包括单个元件，或者一个元件可以与另一个元件成一体。
在示例性实施方案中，适配器的重量小于冲击器的砧座、撞针或其它投掷的质量。
在示例性实施方案中，适配器的重量小于冲击器工具的重量的一半，并且优选地小于冲击器的重量的40％。
在示例性实施方案中，适配器基本上与冲击器的砧座、撞针或其它投掷质量轴向内联。这具有意想不到的益处，因为骨是各向异性材料，其在压缩力方面最强，然后是张力，然后是剪切。通过将力保持在内联状态，工具的操作将导致对骨的应力降低并且产生更好的效果。
在示例性实施方案中，适配器能够基于外科器械或手术将力、频率和投掷设置传达回工具。
在示例性实施方案中，适配器可包括阻尼机构，诸如粘弹性材料或弹性体或机械弹簧，其限制从工具传达至外科器械的总能量。阻尼器可被选择或构造成提供任何所需的能力，诸如特定水平的阻尼或仅在特定方向上的阻尼。例如，阻尼器可将来自工具的冲击能量降低10％或50％，优选地至少20％，并且阻尼器可仅在前向方向上衰减能量，从而在后向方向上留下更急剧的冲击力。
在示例性实施方案中，适配器可包括产生指示适配器正确地连接到工具的可听或视觉提示的机构。例如，突片、凹槽、凸起边缘和其它类似特征结构可被构造成在适配器与工具或外科器械正确连接时卡扣到位并产生听觉提示。视觉提示还可显示适配器正确地连接到工具或外科器械。例如，适配器、工具或外科器械上的窗口或其它指定区域可在适配器未正确连接时显示红色，并且在适配器正确连接时显示绿色。
在示例性实施方案中，适配器可连接到外科器械，该外科器械具有在放置植入物之前用于骨的最终成形的切割齿。在另一个实施方案中，切割齿的节距(在冲击方向上的间距)被确定为小于器械的动力投掷。在又一个实施方案中，发现具有双向切割齿是有利的，其允许在前向冲击和后向冲击两者上进行骨成形。
这些以及本公开的其它方面连同表征本公开的新颖性的各种特征在所附权利要求中具体指出并形成本公开的一部分。为了更好地理解本公开，其操作优点以及通过其使用而获得的具体非限制性对象，应当参考附图和具体实施方式，其中示出和描述了本公开的示例性实施方案。
例示性实施方式的前述一般描述及其以下详细描述仅是本公开的教导内容的示例性方面，而非限制性的。
附图说明
包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了一个或多个实施方案，并且与说明书一起解释了这些实施方案。附图未必按比例绘制。附图和图中所示的任何值尺寸仅用于说明目的，可代表也可不代表实际或优选的值或尺寸。在适用的情况下，可未示出一些或所有特征以帮助描述下面的特征。在附图中：
图1示出整形外科冲击工具的透视图；
图2A示出具有冲击器的适配器的视图，该冲击器围绕冲击轴线具有4个不同的旋转角度；
图2B示出作为三个单独件的冲击器、适配器和外科器械；
图2C示出连接的冲击器、适配器和外科器械；
图3示出冲击器的剖视图；
图4示出用于计算质量比的冲击工具的质量；
图5示出连接到工具的输出端的适配器的TIR的测量结果；
图6A示出在将适配器***到工具上时具有往复套筒的适配器；
图6B示出在从工具移除适配器时具有往复套筒的适配器；
图7示出整形外科器械，该整形外科器械用于通过在至少一个方向上设置切割齿来成形骨骼；并且
图8示出适配器，该适配器包括与冲击器或外科器械通信的特征结构。
具体实施方式
下文结合附图描述的描述旨在描述所公开的主题的各种示例性实施方案。结合每个示例性实施方案描述具体特征和功能；然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，所公开的实施方案可以在不具有这些特定特征和功能中的每个的情况下实施。
在整个说明书中引用的“一个实施方案”或“实施方案”是指结合实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在所公开的主题的至少一个实施方案中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”不一定是指同一实施方案。另外，在一个或多个实施方案中，具体特征、结构或特性可以任何合适的方式进行组合。另外，所公开的主题的实施方案旨在覆盖其修改和变化。
必须注意，除非上下文明确地指明，否则本说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一个/一种”和“所述/该”包括复数指代物。即，除非另外明确指明，否则如本文所用，词语“一个/一种”和“所述/该”等具有“一个或多个”的含义。另外，应当理解本文使用的术语诸如“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“侧”、“高度”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“内部”、“外部”、“内”、“外”等仅仅描述了参考点，并不一定将本公开的实施方案限制于任何特定的方向或构型。此外，术语诸如“第一”、“第二”、“第三”等仅仅标识如本文所公开的多个部分、部件、步骤、操作、功能和/或参考点中的一个，并且同样地不一定将本公开的实施范围限制于任何特定构型或方向。
此外，术语“大约”、“约”、“近似”、“微小变化”和类似术语通常是指在某些实施方案中包括在20％、10％或优选5％的范围内的识别值的范围，以及其间的任何值。
结合一个实施方案描述的所有功能旨在适用于下文所述的附加实施方案，除非明确说明或其中特征或功能与附加实施方案不兼容。例如，在结合一个实施方案明确描述给定特征或功能但未结合另选实施方案明确提及的情况下，应当理解，发明人可旨在结合该另选实施方案部署、利用或实现该特征或功能，除非特征或功能与另选实施方案不相容。
现在描述改善的适配器可与之通信的示例性工具，马达驱动的整形外科冲击工具设置有受控的撞击冲击。马达可为电动的，诸如无刷的，能经受住压热器作用的马达，诸如通常可购自Maxon
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和/或
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的那些马达。马达可为电池驱动的。整形外科冲击工具的能量供应可为整形外科冲击工具提供无线便携性和通信。该工具可包括执行单次和多次冲击的能力，以及可变和变化方向、力和频率的冲击。在一些实施方案中，冲击能量是可调节的。在某些实施方案中，冲击被传递到外科器械，诸如钻孔器、凿子，或连接到工具的其它端部执行器。
在一些实施方案中，工具包括壳体。该壳体可以牢固地覆盖和保持工具的至少一个部件，并且可以由适合于外科应用的材料形成，诸如铝或聚芳基砜(PPSF或PPSU)，也称为
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在一些实施方案中，壳体包括马达组件、至少一个减速齿轮、弹簧元件、撞针或发射质量块、控制电路或模块、砧座、用于向前冲击的第一或前向撞击表面，以及不同的用于向后冲击的第二或后向撞击表面。马达组件可包括线性运动转换器以转换旋转马达驱动装置。弹簧元件可为机械弹簧、弹性体弹簧或气弹簧。
该工具还可包括具有可选把手的柄部部分用于舒适且牢固地保持工具，或者用于在使用时将工具集成到机器人组件中的合适的安装接口，以及适配器、电池、位置传感器、方向传感器和扭转传感器。该工具还可通过半导体光源诸如LED或传统白炽光源来递送聚焦照明，以在外科医生使用工具的外科工作区中提供光。通过使用接口适配器，砧座可以联接到外科器械钻孔器、凿子或本领域已知的其它端部执行器，该适配器可以具有快速连接机构以便于快速改变不同的拉削尺寸。该工具还可包括轴向锁定但可旋转地变化的特征，以允许适配器以不同的空间方式定位，以获得诸如柄部的工具特征的组织间隙。
在一些实施方案中，发射或投掷质量块的轴线沿运动方向轴向对准到适配器轴线的20度内，并且更优选地，对准到适配器轴线的10度内。这种轴向对准在使传递到外科器械的能量最大化方面是重要的，并且使偏轴力的产生最小化，这可导致不利的手术结果，诸如骨折。发明人发现轴向对准的这些益处部分地是骨是各向异性材料的结果，使其相对于压缩或拉伸力比相对于剪切力更强。
发明人已确定用于发射或投掷的质量、砧座和适配器的质量比和材料在如何有效地将投掷的质量的动能传送至外科器械方面是显著的。出于某些实施方案的目的，作为投掷质量块或撞针中的动能的函数的到外科器械的递送能量的比率被称为传递函数。就工具执行拉削、冲击或退出外科手术的效率而言，将传递函数用作性能的量度。例如，在其中投掷质量块、砧座和适配器均由硬化不锈钢制成的一种设计中，被传送至外科器械的能量与投掷质量块的动能的比率或传递函数被发现小于50％。通过增加投掷质量与受冲击质量的质量比(砧座、适配器和外科器械的质量之和)，适配器和***的效率，特别是适配器和***的传递函数增加到大于60％，并且在许多情况下接近75％。图4示出工具的实施方案，并示出上述质量，包括受冲击质量400和投掷质量402。
在另外的实施方案中，该工具包括***到撞针和适配器之间的顺应性元件。优选地，顺应性元件为弹性材料，其从冲击中恢复良好，并且对总能量赋予最小的阻尼。例如，可在撞针冲击砧座的接口处***聚氨酯组分。在另一个示例中，顺应性元件可以这样一种方式***，即其仅减小前向方向上的冲击力并且不影响在后向方向上对急剧冲击力的期望。这种类型的顺应性元件可在冲击期间限制峰值力以防止此类峰值导致患者骨骼中的骨折，但保持能够回缩卡住的钻孔器或其它外科器械所需的高峰值力。
在一些实施方案中，例如，冲击器联接到机器人，因此可消除对工具上的便携式电源(电池)和/或把手的需要。
在一些实施方案中，适配器与工具的耦合包括联接结构或本领域已知的其它调节机构，使得可修改外科器械(钻孔器、凿子或其它端部执行器)的位置而无需外科医生旋转工具。
图1示出改善的适配器可与其通信的整形外科冲击工具的透视图。与线性运动转换器结合提供机械弹簧组件***的马达8，该马达包括圆筒或柱形凸轮12和凸轮从动件13，致动第一弹簧活塞19a和/或发射质量或撞针15，以便最终产生前向冲击力(还提供第二弹簧活塞19b，以接合第二弹簧2b，该第二弹簧被压靠在第二推动板26b上以产生后向冲击力)。应当注意，活塞通常指的是推进或推出元件，并且可具有多种形状中的任何形状。在一些实施方案中，弹簧组件***还包括砧座5。
筒形凸轮12可包括：柱形部分120，该柱形部分纵向安装在轴122上，该轴在马达8和轴承支撑件124之间延伸；以及蜗杆126，该蜗杆从柱形部分120径向突出，并沿柱形部分120的长度从第一蜗杆端部126a到第二蜗杆端部126b成螺旋形。
轴承支撑件124可包括由第二推动板26b支撑的壳体125和嵌套在壳体125中以支撑轴122的轴承。
蜗杆126可包括后向表面126bs例如面向第一推动板26a的表面，以及蜗杆126的前向表面126fs例如面向第二推动板26b的表面，前向表面126fs接触凸轮从动件13并迫使凸轮从动件13在蜗杆126旋转时在第一蜗杆端部126a和第二蜗杆端部126b之间沿循直线运动。
通过使凸轮从动件13接触蜗杆126的前向表面126fs并使蜗杆126在第一方向42a上旋转，凸轮从动件13可在前向方向上沿蜗杆126移动，例如朝向第二推动板26b。
通过使凸轮从动件13接触蜗杆126的后向表面126bs例如面向推动板26a的表面，并使蜗杆126在与第一方向42a相反的第二方向上旋转，凸轮从动件13可在后向方向上沿蜗杆126移动，例如朝向第一推动板26a。
缓冲器14a和14b用作阻挡件，以防止活塞19a和19b的端面冲击撞针15。
与常规的线性运动转换器相比，筒形凸轮12可通过允许马达8以更大角度旋转来提高整形外科冲击工具的效率，该常规线性运动转换器可依赖于通过小重复冲程来撞击凸轮从动件13的常规竖直凸轮。也就是说，筒形凸轮12允许使用更多的旋转弧度来使马达获得能量，从而显著减少电池上的电流消耗。因此，在某些实施方案中，通过利用由筒形凸轮12提供的减少电流消耗的优点，可以使用单个一次电池。
此外，在某些情况下，筒形凸轮12可允许消除中间齿轮组件，因为筒形凸轮12可直接安装到轴122上，从而提高效率同时降低整形外科工具的成本。
在一些实施方案中，该工具有助于受控的连续冲击，该冲击取决于例如可操作地联接到电源或马达的触发开关30的位置。对于此类连续冲击，在触发开关被激活之后，并且根据触发开关30的位置，该工具可以例如以与触发开关的位置成比例的速率经历完整的循环。因此，在单次冲击或连续冲击操作模式中，外科手术区域的产生或成形可容易地由外科医生控制。
在一些实施方案中，当筒形凸轮12组件完成其过程时，例如，凸轮从动件13沿后向表面126bs或前向表面126fs在第一蜗杆端部126a和第二蜗杆端部126b之间移动时，它优选地激活可操作地联接到控制器21的传感器28。该传感器28有助于调节筒形凸轮12的优选循环操作。例如，传感器28可以发信号使马达8停止，使得筒形凸轮12处于或接近最小势能存储点。因此，在一个完整的循环中，前向冲击力或后向冲击力可以施加在钻孔器、凿子或其它端部执行器上，或施加在植入物或假体上。在另一个实施方案中，在开始下一个循环之前***延迟或计算任何给定手术的冲击次数可以是有利的，从而使得可以准确地控制冲击的速度，并且反过来允许外科医生准确地控制任何给定操作中的能量递送速率。在又一实施方案中，将筒形凸轮12停在最大势能存储点附近以减少外科医生手中的延迟可以是有利的。如所定义，延迟是外科医生(或使用者)激活整形外科冲击工具与工具实际递送冲击之间的时间。发明人已经确定，约100毫秒或更短的延迟基本上表现为瞬时响应。通过将筒形凸轮12停在已经存储势能的至少部分的点处，该工具具有在致动工具触发器30时几乎瞬时释放势能的效果。
现在大致参见图2A至图8，示出了整形外科冲击器，其具有与其一起使用的各种构型的适配器。
图2A示出外科冲击器200和适配器202，其中适配器202可以围绕冲击轴线以4种不同的旋转中的任一种***冲击器200中。当然，虽然通过图2A中所示的方形接口示出了经由4种不同旋转的***，但附加的旋转位置是可能的。例如，具有六边形接口的适配器可具有6种不同的旋转构型，并且具有八边形界面的适配器可具有8种不同的旋转构型。不同的***角度允许外科器械的多种定位，同时保持外科医生将工具保持在更符合人体工程学的取向的能力。
在图2B和图2C中，冲击器200、适配器202和外科器械204(例如，钻孔器)以未连接状态和连接状态示出。
图3示出其中适配器的多个表面诸如用于前向冲击的表面300和用于后向冲击的表面302允许对适配器以及因此对外科器械的近侧和远侧冲击两者的实施方案。当器械卡在腔体中时，朝近侧和朝远侧产生冲击的能力特别有用。通过对适配器施加直接的反向吹气，可容易地从腔体中移出卡住的器械。本发明人发现，表面区域应设计成承受1千牛顿至50千牛顿范围内的冲击力，并且更具体地承受约15千牛顿的冲击力，作为外科冲击器随着时间的推移具有一般的耐久性。
图5示出适配器上的位置，在该位置处可测量适配器的TIR。如图所示，适配器的TIR应在适配器的顶端500处测量，并且在一些实施方案中，适配器应设计成使得TIR小于5mm，更优选地小于2mm。通过小TIR，增加了整形外科冲击器的精度。在使用中，这种精度转化为腔体的最小变形，更少的横向能量损失，改善的植入物的适应性以及改善的手术效果。相比之下，其它已知的外科器械具有约20mm的TIR。TIR为2mm或更小是显著的改善，并产生具有显著更精确的形式和形状的腔体。
图6A和图6B示出通过往复套筒到冲击器的适配器连接的***和移除过程的一个实施方案。
在一个实施方案中，往复套筒可包括释放衬圈606、卡环604和保持夹602。如图6A所示，适配器202通过单个***运动600朝向冲击器***，以确保与冲击器200的连接。在该运动期间，当适配器202向内移动时，释放衬圈606内的保持夹602被迫分开。卡环604锁定或以其它方式将保持夹602座置并保持在适配器202上。在一个示例中，卡环604可为O形环，但也可被实现为卡紧弹簧或弹性体环。
如图6B所示，适配器202可通过压下释放衬圈606而与冲击器断开。释放衬圈606包括凸轮表面608，该凸轮表面被构造成在释放衬圈606移动时分离保持夹602。当保持夹602被足够地分离以清除适配器202时，该适配器202可远离冲击器200向外移动。在另选的示例中，往复套筒可包括小齿轮和齿条以代替凸轮表面608，以在适配器202与冲击器断开时分离保持夹602。
如图7所示，与适配器和电动整形外科冲击器一起使用的外科器械具有用于使骨702成形以接受植入物的切割齿700。在一个示例中，切割齿700可布置在冲击器的表面上，使得齿700与冲击器的轴线成线性地切割。在另一个实施方案中，齿可以改善压配合植入物诸如膝盖的配合的方式构造。在另一个实施方案中，与适配器一起使用的外科器械可包括增加可用于与粘合剂植入物结合的表面区域的特征。
图8示出包括在适配器202上的传感器800的示例，该传感器将信息传达至冲击器并允许外科医生更准确地控制冲击器。该信息可用于调节例如冲击的行程、功率或频率。例如，如果适配器用于座置头球，在不需要连续冲击的情况下，适配器传感器可被构造成向冲击器传达回对单次致动而不是重复冲击的要求。在这种情况下，手术效果将得到改善，因为在头球冲击期间，外科医生将不太可能导致植入物沉降。适配器可通过使用相同的传感器或第二传感器与外科器械通信来检测外科器械及其类型或构型信息，诸如在上述头球放置工具示例中。在一些实施方案中，外科器械与适配器一体形成并且因此不能够从适配器拆卸。在那些实施方案中，适配器存储与外科器械相关的信息并将该信息容易地传达给冲击器。
又如，通信和频率信息的控制允许工具精确地并且一致地控制冲击运动的频率。通过调整撞针的频率，工具可赋予更大的总时间加权撞击冲击，同时保持相同的冲击大小。这允许外科医生更好地控制外科器械的切割速度。例如，外科医生可选择在外科器械运动的大部分期间以更快的速率(更高频率的冲击)切割，然后随着外科器械接近期望的深度而减慢切割速率。实际上，在测试工具期间，发现频率冲击率更高，诸如3次冲击/秒，优选地高达10次冲击/秒，每次冲击能量基本恒定，递送在2焦耳/秒至6焦耳/秒之间的能量，优选地高达40焦耳/秒，从而允许外科医生更好地定位某些外科器械。这可见于例如髋臼杯的座置，在2焦耳/秒和6焦耳/秒之间的能量下，至少3次冲击/秒的冲击频率导致比现有技术的手动锤击技术更好地控制髋臼的位置。在电动整形外科冲击器的快速冲击能力的另一个意想不到的益处中，本发明人发现，随着外科器械的运动更加流畅和连续(即，类似于锤击的较少的开始和停止功能)，可减小执行操作的能量。这种快速冲击的益处(例如，以大于3次/每秒的速率)在静态和动态摩擦之间的工程差异中找到其基础。动态摩擦几乎总是小于静态摩擦，因此，钻孔器、植入物或其它外科器械的更连续运动允许在操作期间降低总体力。此外，发明人在手术室中的经验是，外科器械的近连续运动不仅降低了所需的总能量，而且还导致更好的外科效果。在扩孔髋臼的具体情况下，扩孔钻可留下谷部和峰部。通过使用本文所述的更连续或更高频率的冲击，谷部和峰部减小并且实际上被消除。在许多尸体实验室中都清楚地看到了这一点。具体地，在将杯放置到髋臼中的过程中，由于表面之间更紧密的接触，而产生更好的固定。
在适配器、冲击器和外科器械之间传达的信息可以是设置或其它识别信息的形式，然后在表格或数据库中引用以确定如在上述示例中所讨论的构型设置。适配器、外科冲击器和外科器械之间的通信可以多种方式进行，包括机械方式、磁方式、电方式或无线方式(诸如通过射频识别(RFID)技术等)。
虽然已经描述了某些实施方案，但这些实施方案仅以举例的方式给出，并不旨在限制本公开的范围。实际上，本文所述的新型方法、设备和***可以多种其它形式体现；此外，在不脱离本发明的实质的情况下，可以对本文所述的方法、设备和***的形式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同形式旨在涵盖落入本公开的范围和实质内的此类形式或修改形式。

Claims (19)

1. 一种适配器，所述适配器被构造成对接在电动整形外科冲击器和外科器械之间，所述适配器包括：
第一表面，所述第一表面用于传输前向冲击能量；以及
第二表面，所述第二表面用于传输反向冲击能量，其中
所述适配器被构造成在不使用外部工具的情况下连接到所述外科器械和所述整形外科冲击器。
2.根据权利要求1所述的适配器，其中所述适配器的顶端和所述整形外科冲击器之间的总指示器读数(TIR)小于5mm。
3.根据权利要求1所述的适配器，其中所述适配器的重量小于所述整形外科冲击器中的撞针的重量。
4.根据权利要求3所述的适配器，其中所述适配器的所述重量小于所述整形外科冲击器的所述重量的40%。
5.根据权利要求1所述的适配器，其中适配器传递函数超过60%。
6. 一种适配器，所述适配器被构造成对接在电动整形外科冲击器和外科器械之间，所述适配器包括：
往复套筒，其中
所述适配器被构造成经由推动运动连接到所述整形外科冲击器，并且
所述适配器被构造成经由所述往复套筒从所述整形外科冲击器断开。
7.根据权利要求6所述的适配器，其中所述适配器被构造用于沿着所述整形外科冲击器的轴线以至少4种取向***所述整形外科冲击器中。
8.根据权利要求6所述的适配器，还包括通信器，所述通信器与所述整形外科冲击器通信以改变所述整形外科冲击器的频率、能量或投掷中的一者。
9.根据权利要求6所述的适配器，其中所述适配器产生指示所述适配器连接到所述电动整形外科冲击器的听觉或视觉提示。
10.根据权利要求6所述的适配器，还包括阻尼器，所述阻尼器将来自所述整形外科冲击器的所述冲击能量在前向方向上降低至少20%。
11.根据权利要求6所述的适配器，其中所述外科器械包括适于切割骨的齿，所述齿具有小于所述冲击器的投掷距离的齿-齿间距。
12.根据权利要求11所述的适配器，其中所述齿包括双向切割齿，所述双向切割齿被构造成在所述冲击器的前向冲击和后向冲击两者上切割骨。
13.根据权利要求6所述的适配器，其中所述外科器械适于增加能够用于外科植入物的粘结的表面区域。
14.根据权利要求6所述的适配器，其中所述外科器械包括用于与所述冲击器的轴线成线性地切割的至少一个切割表面或齿。
15.一种用于与冲击器对接的适配器，包括：
传感器，所述传感器被构造成传达所述适配器相对于至少一个参考点的空间取向，所述参考点不位于所述适配器上或所述冲击器上。
16.一种适配器，所述适配器被构造成对接在电动整形外科冲击器和外科器械之间，所述适配器包括：
通信装置，所述通信装置被构造成基于附接到所述适配器的所述外科器械的类型向所述电动整形外科冲击器传输频率信息或冲击能量信息。
17.根据权利要求16所述的适配器，其中所述适配器被构造成经由所述通信装置从所述外科器械接收指示所述外科器械的所述类型的信息。
18.根据权利要求17所述的适配器，其中所述通信装置无线地操作。
19.根据权利要求16所述的适配器，其中所述外科器械与所述适配器成一体并且不能够从所述适配器拆卸。
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